JP2022057217A - 吸着式ヒートポンプ - Google Patents

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Kazuhiro Kosho
明平 杉山
Akihira Sugiyama
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Michiru Kagawa
大介 浅利
Daisuke Asari
大 片岡
Masaru Kataoka
健治 隅田
Kenji Sumida
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Abstract

【課題】球状活性炭の製造工程は複雑であるため、球状活性炭と同等以上の有効吸着量を持ち、かつ、製造が簡単な吸着材が求められている。【解決手段】吸着式ヒートポンプ１００は、冷媒として二酸化炭素を用い、かつ、吸着材１５として、金属イオンと有機配位子とを含む金属有機構造体を用いる。金属有機構造体は、例えば、ＭＯＦ－２００である。【選択図】図３

Description

吸着式ヒートポンプに関する。
従来、非特許文献１に記載のように、冷媒として二酸化炭素を用い、かつ、吸着材として球状活性炭を使用する吸着式ヒートポンプが知られている。
球状活性炭の製造工程は複雑であるため、球状活性炭と同等以上の有効吸着量を持ち、かつ、製造が簡単な吸着材が求められている。
第１観点の吸着式ヒートポンプは、冷媒として二酸化炭素を用い、かつ、吸着材として、金属イオンと、１種類または複数種類の有機配位子とを含む金属有機構造体を用いる。少なくとも１種類の有機配位子は、
Figure 2022057217000002
 （式中、Ｒ１～Ｒ１５は、それぞれ独立して、アルキル基、アリール基、アルコキシル基、アルケン、アルキン、フェニル基、これらの置換基、硫黄含有基、ケイ素含有基、窒素含有基、酸素含有基、ハロゲン、ニトロ、アミノ、シアノ、ホウ素含有基、リン含有基、カルボン酸、エステル、Ｈ、ＮＨ２、ＣＮ、ＯＨ、=Ｏ、＝Ｓ、Ｃｌ、Ｉ、Ｆ、
Figure 2022057217000003
 （式中、ｘは、１、２または３である。）から選択され、
Ｒ１６～Ｒ１８は、存在しても存在しなくてもよく、存在する場合、Ｒ１６～Ｒ１８は、
炭素原子を１個～２０個含むアルキル基またはシクロアルキル基、
フェニル環を１個～５個含むアリール基、
炭素原子を１個～２０個含むアルキル基またはシクロアルキル基、または、フェニル環を１個～５個含むアリール基を含む、アルキルアミン、アリールアミン、ジアゾまたはアルキルアミド、および、
―Ｃ≡Ｃ―から選択される。）
で表される。
第１観点の吸着式ヒートポンプは、有効吸着量が高く製造が簡単な吸着材を用いる。
第２観点の吸着式ヒートポンプは、第１観点の吸着式ヒートポンプであって、金属有機構造体は、ＭＯＦ－２００である。
第２観点の吸着式ヒートポンプは、有効吸着量が高く製造が簡単な吸着材を用いる。
第３観点の吸着式ヒートポンプは、第１観点または第２観点の吸着式ヒートポンプであって、高圧時の冷媒の温度および圧力が臨界点を下回るように冷凍サイクルを行う。
第３観点の吸着式ヒートポンプは、有効吸着量が高く製造が簡単な吸着材を用いる。
第４観点の吸着式ヒートポンプは、第１観点または第２観点の吸着式ヒートポンプであって、高圧時の冷媒の温度および圧力の一方が臨界点を下回るように冷凍サイクルを行う。
第４観点の吸着式ヒートポンプは、有効吸着量が高く製造が簡単な吸着材を用いる。
第１開閉状態の吸着式ヒートポンプ１００の概略的な構成図である。 第２開閉状態の吸着式ヒートポンプ１００の概略的な構成図である。 ＭＯＦ－２００の吸着等温線のグラフである。 比較例としてのＭＯＦ－１７７の吸着等温線のグラフである。 比較例としてのＭＯＦ－７４（Ｍｇ）の吸着等温線のグラフである。 二酸化炭素の状態図である。
本開示の実施形態に係る吸着式ヒートポンプ１００について、図面を参照しながら説明する。
（１）吸着式ヒートポンプ１００の構成および動作
吸着式ヒートポンプ１００は、吸着材に冷媒が吸着する時、および、吸着材から冷媒が脱着する時に生じる潜熱の移動を利用して、６０℃～９０℃の比較的低温の熱源から冷熱を生成する装置である。
図１および図２に示されるように、吸着式ヒートポンプ１００は、主として、蒸発器１１と、凝縮器１２と、第１吸着器１３と、第２吸着器１４とを備える。蒸発器１１と第１吸着器１３とは、第１流路２１によって接続されている。蒸発器１１と第２吸着器１４とは、第２流路２２によって接続されている。凝縮器１２と第１吸着器１３とは、第３流路２３によって接続されている。凝縮器１２と第２吸着器１４とは、第４流路２４によって接続されている。蒸発器１１と凝縮器１２とは、第５流路２５によって接続されている。第１流路２１～第４流路２４には、それぞれ、流路を開閉するための第１バルブ３１～第４バルブ３４が取り付けられている。
蒸発器１１は、液体の冷媒を蒸発させて、気体の冷媒を生成する。凝縮器１２は、気体の冷媒を凝縮させて、液体の冷媒を生成する。第１吸着器１３および第２吸着器１４は、冷媒を吸着および脱着するための吸着材１５を有する。吸着材１５は、圧力および温度によって冷媒の吸着量が変化する物質である。本実施形態において、冷媒は、二酸化炭素であり、かつ、吸着材１５は、金属有機構造体（ＭＯＦ）であるＭＯＦ－２００である。第１吸着器１３の吸着材１５の質量は、第２吸着器１４の吸着材１５の質量と同じである。
蒸発器１１は、冷熱を取り出すための熱交換器である。蒸発器１１の内部には、第１配管４１が配置されている。第１配管４１は、蒸発器１１の内部において液体の冷媒が蒸発する時に生成される冷熱を外部に搬送するための熱搬送用媒体を流す管である。第１配管４１の内部を流れる熱搬送用媒体は、例えば、水である。図１では、第１吸着器１３で気体の冷媒が吸着材１５に吸着されることにより、蒸発器１１から第１吸着器１３へ第１流路２１を介して気体の冷媒が流入する。図２では、第２吸着器１４で気体の冷媒が吸着材１５に吸着されることにより、蒸発器１１から第２吸着器１４へ第２流路２２を介して気体の冷媒が流入する。第１吸着器１３および第２吸着器１４で冷媒が吸着されることにより、蒸発器１１から気体の冷媒が流出するので、蒸発器１１において液体の冷媒の蒸発が促進される。液体の冷媒が蒸発する時に生じた冷熱は、第１配管４１の内部を流れる熱搬送用媒体によって外部へ搬送され、冷却等に用いられる。
凝縮器１２は、気体の冷媒を冷却して凝縮させるための熱交換器である。凝縮器１２の内部には、第２配管４２が配置されている。第２配管４２は、凝縮器１２の内部で気体の冷媒を凝縮させるための媒体であって、冷媒の凝縮温度よりも低い温度の熱搬送用媒体、または、冷媒が超臨界状態の場合には冷媒の温度よりも低い温度の熱搬送用媒体を流す管である。第２配管４２の内部を流れる熱搬送用媒体は、例えば、水である。図１では、第２吸着器１４で気体の冷媒が脱着して、第２吸着器１４から凝縮器１２へ第４流路２４を介して気体の冷媒が流入する。図２では、第１吸着器１３で気体の冷媒が脱着して、第１吸着器１３から凝縮器１２へ第３流路２３を介して気体の冷媒が流入する。凝縮器１２で気体の冷媒が凝縮して生成された液体の冷媒は、第５流路２５を介して蒸発器１１に供給される。
第１吸着器１３および第２吸着器１４の内部には、それぞれ、第３配管４３および第４配管４４が配置されている。第３配管４３および第４配管４４の周囲には、吸着材１５が配置されている。第３配管４３および第４配管４４は、それぞれ、第１吸着器１３および第２吸着器１４の吸着材１５の温度を制御するための熱搬送用媒体を流す管である。第３配管４３および第４配管４４の内部を流れる熱搬送用媒体は、例えば、水である。第３配管４３および第４配管４４を流れる媒体の温度を制御することによって、第１吸着器１３および第２吸着器１４において冷媒の吸着または脱着が行われるように、吸着材１５の温度が制御される。
図１に示されるように、第１吸着器１３の吸着材１５に冷媒を吸着させる吸着過程では、第３配管４３に、冷媒の吸着が支配的に起こる温度の媒体を流す。図１に示されるように、第２吸着器１４の吸着材１５から冷媒を脱着させる脱着過程では、第４配管４４に、冷媒の脱着が支配的に起こる温度の媒体を流す。例えば、図１では、第３配管４３には、第１吸着器１３の吸着材１５を冷却するための冷水が流れ、第４配管４４には、第２吸着器１４の吸着材１５を加熱するための温水が流れる。
図２に示されるように、第２吸着器１４の吸着材１５に冷媒を吸着させる吸着過程では、第４配管４４に、冷媒の吸着が支配的に起こる温度の媒体を流す。図２に示されるように、第１吸着器１３の吸着材１５から冷媒を脱着させる脱着過程では、第３配管４３に、冷媒の脱着が支配的に起こる温度の媒体を流す。例えば、図２では、第４配管４４には、第２吸着器１４の吸着材１５を冷却するための冷水が流れ、第３配管４３には、第１吸着器１３の吸着材１５を加熱するための温水が流れる。
吸着式ヒートポンプ１００では、第１バルブ３１～第４バルブ３４の開閉状態を切り替えることによって、吸着過程と脱着過程とを繰り返して、温熱から冷熱を連続的に生成することができる。具体的には、吸着式ヒートポンプ１００は、図１に示される第１開閉状態と、図２に示される第２開閉状態とを交互に切り替える。第１開閉状態では、第１バルブ３１および第４バルブ３４が開いた状態であり、第２バルブ３２および第３バルブ３３が閉じた状態である。第２開閉状態では、第１バルブ３１および第４バルブ３４が閉じた状態であり、第２バルブ３２および第３バルブ３３が開いた状態である。
第１開閉状態では、第１吸着器１３は蒸発器１１に接続され、第２吸着器１４は凝縮器１２に接続される。第１吸着器１３では、第３配管４３に冷水等を流すことで吸着材１５が冷却される。第２吸着器１４では、第４配管４４に温水等を流すことで吸着材１５が加熱される。これにより、第１吸着器１３の吸着材１５に蒸発器１１から供給された冷媒が吸着し、第２吸着器１４の吸着材１５から冷媒が脱着して凝縮器１２に供給される。
第２開閉状態では、第２吸着器１４は蒸発器１１に接続され、第１吸着器１３は凝縮器１２に接続される。第２吸着器１４では、第４配管４４に冷水等を流すことで吸着材１５が冷却される。第１吸着器１３では、第３配管４３に温水等を流すことで吸着材１５が加熱される。これにより、第２吸着器１４の吸着材１５に蒸発器１１から供給された冷媒が吸着し、第１吸着器１３の吸着材１５から冷媒が脱着して凝縮器１２に供給される。
吸着式ヒートポンプ１００は、第１開閉状態と第２開閉状態とを交互に切り替えることで、第１吸着器１３および第２吸着器１４のそれぞれにおいて、吸着過程と脱着過程とが交互に行われる。これにより、吸着式ヒートポンプ１００は、冷媒の吸着および脱着を連続的に行うことができるので、冷熱を連続的に生成することができる。
（２）吸着材１５の詳細
第１吸着器１３および第２吸着器１４の内部に配置されている吸着材１５は、金属有機構造体（ＭＯＦ）の一種であるＭＯＦ－２００である。金属有機構造体とは、金属と有機物との配位結合が連続的に形成されている結晶性化合物である。金属有機構造体は、金属イオンまたは有機金属塩と、それらを結合する架橋性の有機配位子とを組み合わせることで生成される。金属有機構造体は、複数の種類の有機配位子を含んでもよい。
金属有機構造体は、内部に多数の空間（細孔）を有する多孔性配位高分子である。金属有機構造体は、例えば、分子およびイオンの選択的貯蔵および分離の機能を有する多孔性材料として用いられる。本実施形態では、金属有機構造体は、冷媒である二酸化炭素を吸着および脱着するための吸着材１５として用いられる。
いくつかの金属有機構造体は、ＭＯＦ－１８０およびＭＯＦ－２００等の様々な略称で呼ばれている。金属有機構造体の単位質量当たりの表面積（比表面積）が大きいほど、略称に含まれる数値が大きくなる傾向にある。
金属有機構造体ＭＯＦ－２００に関する参考文献としては、Furukawaらの「Ultrahigh Porosity in Metal-Organic Frameworks」（Science, 2010, 329, 424-428）が挙げられる。この参考文献に記載のように、ＭＯＦ－２００は、有機金属塩Ｚｎ４Ｏ（ＣＯ２）６が、有機配位子4,4′,4″-[benzene-1,3,5-triyl-tris(benzene-4,1-diyl)]tribenzoate（ＢＢＣ）によって配位結合されている立体網目構造を有する。有機金属塩Ｚｎ４Ｏ（ＣＯ２）６は、八面体の形状を有する。有機配位子ＢＢＣは、次の化学構造式で表されるように、三角形の形状を有する。
Figure 2022057217000004
 ＭＯＦ－２００の立体網目構造は、ＲＣＳＲ（Reticular Chemistry Structure Resource）データベースにおいて「ｑｏｍ」と表される。ｑｏｍ構造は、死容積を低減し、かつ、単位体積当たりのガス貯蔵能力を増加させるために適している。
金属有機構造体の一種であるＭＯＦ－１７７は、ＭＯＦ－２００と同じｑｏｍ構造を有する。ＭＯＦ－１７７の場合、有機配位子は、4,4′,4″-benzene-1,3,5-triyl-tribenzoate（ＢＴＢ）である。有機配位子ＢＴＢは、次の化学構造式で表される。
Figure 2022057217000005
 ＭＯＦ－２００の基本的な物性は、以下の通りである。
・空隙率：９０％
・結晶密度：０．２２ｇ／ｃｍ３
・ＢＥＴ法で測定した比表面積：４５３０ｍ２／ｇ
・ラングミュア―（Ｌａｎｇｍｕｉｒ）法で測定した比表面積：１０４００ｍ２／ｇ
・幾何学的表面積：６４００ｍ２／ｇ
・空隙の容積：３．５９ｃｍ３／ｇ
金属有機構造体は、様々な方法で合成することができる。最もシンプルな合成法である溶液法は、常温・常圧下で金属と有機配位子とを溶液中で混合することにより、金属有機構造体を生成する方法である。溶液法では、混合する速度を調節することにより、生成される結晶のサイズを制御できる。ＭＯＦ－２００の場合、金属の溶液は、有機金属塩Ｚｎ４Ｏ（ＣＯ２）６の溶液である。本実施形態において、金属有機構造体は、溶液法の他に、拡散法、水熱法、マイクロ波法、超音波法、および、固相合成法等の既知の方法から選択される任意の方法によって合成されてもよい。
吸着材１５である金属有機構造体の性能は、有効吸着量で測定される。吸着式ヒートポンプ１００の場合、有効吸着量とは、単位質量（１ｇ）の金属有機構造体（ＭＯＦ－２００）が、１回の吸着サイクルで吸着および脱着することができる冷媒（二酸化炭素）の質量である。１回の吸着サイクルでは、第１吸着器１３および第２吸着器１４は、１回の吸着過程および１回の脱着過程を行う。
図３は、ＭＯＦ－２００の吸着等温線のグラフである。図３は、６種類の温度のそれぞれにおける、圧力（ＭＰａ）と、冷媒（二酸化炭素）の絶対吸着量（ｇ／ｇ）との関係を示す。絶対吸着量とは、単位質量（１ｇ）の金属有機構造体に吸着される冷媒の質量である。絶対吸着量は、例えば、磁気浮遊天秤式吸着量測定装置を用いて測定することができる。図３に示されるように、吸着等温線は、温度によって異なる傾向を示す。
図３には、吸着サイクルが長方形で示されている。吸着サイクルでは、蒸発圧力において、冷媒が吸着材１５（図１では第１吸着器１３の吸着材１５）に吸着され、凝縮圧力において、冷媒が吸着材１５（図１では第２吸着器１４の吸着材１５）から脱着される。図３に示されるΔＷは、１回の吸着サイクルの間に吸着材１５に新たに吸着される冷媒の量を表し、有効吸着量に相当する。図３に示されるように、ＭＯＦ－２００を使用する場合の冷媒の有効吸着量は、０．７ｇ／ｇである。言い換えると、吸着式ヒートポンプ１００は、１回の吸着サイクルで、第１吸着器１３または第２吸着器１４の吸着材１５の乾燥質量に０．７を乗じた質量の二酸化炭素を吸着および脱着することができる。
吸着式ヒートポンプ１００の能力ＱＣは、以下の式で表される。
ＱＣ＝Ｍ×Ｌ×ΔＷ
（式中、Ｍは、吸着材１５の乾燥質量であり、Ｌは、冷媒の蒸発潜熱であり、ΔＷは、吸着材１５の有効吸着量である。）
上式に示されるように、冷媒の有効吸着量が高いほど、吸着式ヒートポンプ１００の能力ＱＣが高い。そのため、有効吸着量が高い吸着材１５が求められている。金属有機構造体は、生成が容易であり、かつ、金属および有機配位子の組み合わせによって様々な化学的・物理的性質を有する化合物を製造することができる。金属有機構造体の中でも、ＭＯＦ－２００は、他の金属有機構造体および他の多孔性材料と比較して、二酸化炭素の有効吸着量が高い。
比較例として、ＭＯＦ－１７７の吸着等温線のグラフが図４に示されている。図４に示されるように、金属有機構造体ＭＯＦ－１７７の有効吸着量は、０．５ｇ／ｇである。
他の比較例として、金属有機構造体の一種であるＭＯＦ－７４（Ｍｇ）の吸着等温線のグラフが図５に示されている。図５に示されるように、金属有機構造体ＭＯＦ－７４（Ｍｇ）の有効吸着量は、０．１ｇ／ｇである。
また、非特許文献１に記載の球状活性炭の有効吸着量は、０．５５ｇ／ｇである。そのため、金属有機構造体ＭＯＦ－２００は、ＭＯＦ－１７７、ＭＯＦ－７４（Ｍｇ）および球状活性炭と比較しても、吸着材として優れた性能を有する。
（３）特徴
従来、非特許文献１に記載のように活性炭を吸着材として用いる吸着式ヒートポンプ１００が知られている。しかし、本実施形態の吸着式ヒートポンプ１００において吸着材１５として用いられる金属有機構造体は、活性炭と比較して、生成が容易であり、かつ、低コストである。
一般的に、活性炭の製造工程は、石炭等の原料を粒状に粉砕して成形する工程、その後、７００℃～８００℃の高温で長時間蒸し焼きにして炭化させる工程、その後、９００℃～１０００℃の高温で水蒸気と反応させて細孔を形成する賦活工程からなる。一方、金属有機構造体の製造工程は、上述したように、常温・常圧下で金属と有機配位子の溶液を混合するだけである。また、細孔の寸法および比表面積を均一にする場合、活性炭の製造工程では、アルカリ溶液を用いた賦活工程が必要となり高コストであるが、金属有機構造体の製造工程では、特別な工程が不要である。以上より、金属有機構造体を吸着材１５として用いる吸着式ヒートポンプ１００は、製造コストの観点から優れている。
また、金属と有機配位子との様々な組み合わせにより、多数の種類の金属有機構造体を生成することができる。金属有機構造体のうち、二酸化炭素の有効吸着量の観点からは、ＭＯＦ－２００が特に優れている。吸着材１５として使用される物質の有効吸着量が大きいほど、吸着材１５の使用量を低減し、コストを削減することができる。そのため、金属有機構造体ＭＯＦ－２００を吸着材１５として用いる吸着式ヒートポンプ１００は、ＭＯＦ－１７７等の他の金属有機構造体を用いる場合と比較して、冷凍能力の効率性、および、コストの観点からより好ましい。
（４）変形例
以下に実施形態の変形例を示す。各変形例の内容の一部または全部は、互いに矛盾しない範囲で他の変形例の内容と組み合わされてもよい。
（４－１）変形例Ａ
吸着式ヒートポンプ１００の構成は、図１および図２に限られない。例えば、吸着式ヒートポンプ１００は、第１流路２１～第４流路２４に取り付けられる第１バルブ３１～第４バルブ３４の代わりに、気圧によって開閉するダンパが取り付けられてもよい。
本変形例では、例えば、第１バルブ３１および第２バルブ３２の代わりに、蒸発器１１で蒸発した冷媒の圧力によって開くダンパが取り付けられる。第３バルブ３３の代わりに、第１吸着器１３において吸着材１５から脱着した冷媒の圧力によって開くダンパが取り付けられる。第４バルブ３４の代わりに、第２吸着器１４において吸着材１５から脱着した冷媒の圧力によって開くダンパが取り付けられる。
（４－２）変形例Ｂ
吸着式ヒートポンプ１００では、第１開閉状態において、第１吸着器１３の第３配管４３に吸着材１５を冷却するための媒体を流し、第２吸着器１４の第４配管４４に吸着材１５を加熱するための媒体を流す。第２開閉状態において、第１吸着器１３の第３配管４３に吸着材１５を加熱するための媒体を流し、第２吸着器１４の第４配管４４に吸着材１５を冷却するための媒体を流す。
吸着式ヒートポンプ１００は、吸着材１５を冷却するための媒体を循環させる冷却回路と、吸着材１５を加熱するための媒体を循環させる加熱回路とを有する必要がある。吸着式ヒートポンプ１００は、開閉状態に応じて冷却回路と加熱回路とを相互に切り替えることができる機構を有してもよい。
（４－３）変形例Ｃ
吸着式ヒートポンプ１００は、定格運転において、高圧時の冷媒の温度および圧力が臨界点を下回るように冷凍サイクルを行うことが好ましい。高圧時の冷媒とは、吸着サイクルにおいて凝縮圧力の状態にある冷媒であり、具体的には、凝縮器１２内の冷媒である。
図６は、吸着式ヒートポンプ１００が用いる冷媒である二酸化炭素の状態図である。二酸化炭素の場合、温度の臨界点は約３１℃であり、圧力の臨界点は約７．４ＭＰａである。温度および圧力が共に臨界点以上になると、二酸化炭素は、気体と液体とが共存できない超臨界状態になる。そのため、吸着式ヒートポンプ１００は、温度および圧力が共に臨界点を下回るように、高圧時の冷媒の圧力および温度が制御されることが好ましい。
（４－４）変形例Ｄ
吸着式ヒートポンプ１００は、定格運転において、高圧時の冷媒の温度および圧力の一方が臨界点を下回るように冷凍サイクルを行ってもよい。本変形例では、吸着式ヒートポンプ１００は、高圧時の冷媒が亜臨界状態となるように、冷媒の圧力および温度が制御されてもよい。亜臨界状態とは、温度および圧力の一方が臨界点を下回る状態である。通常、図６に示されるように、亜臨界状態は、温度が臨界点を下回り、かつ、圧力が臨界点の近傍にある状態である。亜臨界状態では、圧力は臨界点以上となる場合がある。
（４－５）変形例Ｅ
図３に示されるように、金属有機構造体ＭＯＦ－２００の有効吸着量は、０．７ｇ／ｇである。しかし、金属有機構造体ＭＯＦ－２００の有効吸着量は、例えば、ＭＯＦ－２００の細孔の寸法および比表面積の均一さの度合い等、種々のパラメータに影響される。そのため、金属有機構造体ＭＯＦ－２００の有効吸着量は、所定の範囲内にあればよい。例えば、金属有機構造体ＭＯＦ－２００の有効吸着量は、０．６５ｇ／ｇ～０．７５ｇ／ｇの範囲内にあればよい。
また、図３に示される吸着サイクルの蒸発圧力および凝縮圧力も所定の範囲内にあればよい。例えば、図３において、蒸発圧力は３．５ＭＰａ～４．５ＭＰａの範囲内にあればよく、凝縮圧力は６．０ＭＰａ～７．０ＭＰａの範囲内にあればよい。
（４－６）変形例Ｆ
実施形態で用いられる金属有機構造体は、ＭＯＦ－２００である。しかし、金属有機構造体は、有効吸着量が所定の範囲内にあれば、ＭＯＦ－２００に限られない。有効吸着量の所定の範囲は、例えば、０．６５ｇ／ｇ～０．７５ｇ／ｇである。
具体的には、吸着式ヒートポンプ１００に使用される金属有機構造体は、以下の式で表される有機配位子を少なくとも１種類有する金属有機構造体であってもよい。
Figure 2022057217000006
 （式中、Ｒ１～Ｒ１５は、それぞれ独立して、アルキル基、アリール基、アルコキシル基、アルケン、アルキン、フェニル基、これらの置換基、硫黄含有基、ケイ素含有基、窒素含有基、酸素含有基、ハロゲン、ニトロ、アミノ、シアノ、ホウ素含有基、リン含有基、カルボン酸、エステル、Ｈ、ＮＨ２、ＣＮ、ＯＨ、=Ｏ、＝Ｓ、Ｃｌ、Ｉ、Ｆ、
Figure 2022057217000007
 （式中、ｘは、１、２または３である。）から選択され、
Ｒ１６～Ｒ１８は、存在しても存在しなくてもよく、存在する場合、Ｒ１６～Ｒ１８は、
炭素原子を１個～２０個含むアルキル基またはシクロアルキル基、
フェニル環を１個～５個含むアリール基、
炭素原子を１個～２０個含むアルキル基またはシクロアルキル基、または、フェニル環を１個～５個含むアリール基を含む、アルキルアミン、アリールアミン、ジアゾまたはアルキルアミド、および、
―Ｃ≡Ｃ―から選択される。）
（４－７）変形例Ｇ
吸着式ヒートポンプ１００は、第１バルブ３１～第４バルブ３４を有する。第１バルブ３１～第４バルブ３４の開閉のタイミングは、吸着サイクルの蒸発圧力および凝縮圧力、蒸発器１１および凝縮器１２内の冷媒の量等に応じて適宜に設定されてもよい。
（４－８）変形例Ｈ
吸着式ヒートポンプ１００は、蒸発器１１および凝縮器１２を有する。冷媒として二酸化炭素を用いる場合、蒸発器１１および凝縮器１２は、例えば、クロスフィンチューブ型の熱交換器が好ましい。
（４－９）変形例Ｉ
吸着式ヒートポンプ１００は、例えば、冷媒として二酸化炭素を用いる。そのため、蒸発器１１の第１配管４１の内部を流れる熱搬送用媒体は氷点以下になる。従って、吸着式ヒートポンプ１００は、例えば、冷凍機として使用することができる。
―むすび―
以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
１５ ：吸着材
１００ ：吸着式ヒートポンプ
宮崎隆彦著、「二酸化炭素を冷媒に用いる太陽熱駆動冷凍機の開発」、公益財団法人 八洲環境技術振興財団 ２０１５年度 研究成果報告書

Claims (4)

  1. 冷媒として二酸化炭素を用いる吸着式ヒートポンプであって、
    吸着材（１５）として、金属イオンと、１種類または複数種類の有機配位子とを含む金属有機構造体を用い、
    少なくとも１種類の前記有機配位子は、
    Figure 2022057217000008
     （式中、Ｒ１～Ｒ１５は、それぞれ独立して、アルキル基、アリール基、アルコキシル基、アルケン、アルキン、フェニル基、これらの置換基、硫黄含有基、ケイ素含有基、窒素含有基、酸素含有基、ハロゲン、ニトロ、アミノ、シアノ、ホウ素含有基、リン含有基、カルボン酸、エステル、Ｈ、ＮＨ２、ＣＮ、ＯＨ、=Ｏ、＝Ｓ、Ｃｌ、Ｉ、Ｆ、
    Figure 2022057217000009
     （式中、ｘは、１、２または３である。）から選択され、
    Ｒ１６～Ｒ１８は、存在しても存在しなくてもよく、存在する場合、Ｒ１６～Ｒ１８は、
    炭素原子を１個～２０個含むアルキル基またはシクロアルキル基、
    フェニル環を１個～５個含むアリール基、
    炭素原子を１個～２０個含むアルキル基またはシクロアルキル基、または、フェニル環を１個～５個含むアリール基を含む、アルキルアミン、アリールアミン、ジアゾまたはアルキルアミド、および、
    ―Ｃ≡Ｃ―から選択される。）
    で表される、
    吸着式ヒートポンプ（１００）。
  2. 前記金属有機構造体は、ＭＯＦ－２００である、
    請求項１に記載の吸着式ヒートポンプ。
  3. 高圧時の冷媒の温度および圧力が臨界点を下回るように冷凍サイクルを行う、
    請求項１または２に記載の吸着式ヒートポンプ。
  4. 高圧時の冷媒の温度および圧力の一方が臨界点を下回るように冷凍サイクルを行う、
    請求項１または２に記載の吸着式ヒートポンプ。
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